1.2 Указать структурные составляющие и фазы во всех областях диаграммы и дать определение с указанием твёрдости.
В системе Fe – C различают следующие фазы: жидкий сплав, твёрдые растворы – феррит, аустенит, а также цементит и графит.
Феррит (Ф)
твёрдый раствор углерода и других примесей в α-железе
низкотемпературный α – феррит с растворимостью углерода 0,02%
высокотемпературный σ – феррит с растворимостью углерода 0,1%
при (0,06%) имеет НВ 80 – 90 (800 – 900МПа)
Аустенит (А)
твёрдый раствор углерода и других примесей в γ–железе
растворимость углерода в γ – железе – 2,14%
А обладает высокой пластичностью, низкими пределами текучести и прочности.
Цементит (Ц)
карбид железа Fe3CВ (6,67%)
Ц имеет сложную ромбическую решётку с плотной упаковкой атомов.
высокая твёрдость (10000 МПа)
очень малая пластичность.
Графит
решётки гексагонально-слоистые
мягкий
обладает низкой прочностью и электропроводностью.
Перлит (П)
двухфазный эвтектоид (Ф + Ц) (0,8%)
НВ 200–250
Ледебурит (Л)
Эвтектика (А + Ц) (4,3%) 1147˚С
при температуре ниже 727˚С состоит из (П + Ц)
1.3. Описать превращения и построить кривую охлаждения в интервале температур от 1600 до 600˚С (с применением правила фаз) для сплава содержанием углерода С=0,3%
Рис. 2. Диаграмма состояния Fe – C и кривая охлаждения
Точки 1, 2, 3, 4 – критические точки для сплава с содержанием углерода 0,3%. Выше линии ликвидус сплав жидкий. При температуре линии ликвидус (около 1450˚С) начинается процесс кристаллизации с выделением из жидкости аустенита, заканчивается процесс кристаллизации при температуре линии солидус (около 1350˚С). В интервале температур от линии ликвидус до линии солидус в структуру стали входят две фазы, жидкий сплав и аустенит. Ниже линии солидус сталь твёрдая и имеет структуру аустенита. Аустенит остаётся устойчивым до температуры линии GS (около 750˚С), при которой начинается процесс вторичной кристаллизации стали с превращением аустенита в феррит между температурами линий GS (около 750°С) и PK (727°) (структура А + Ф). Чем ниже температура, тем больше появляется феррита и тем меньше становиться аустенита.
При 727˚С оставшийся А превращается в П. Таким образом при температуре 727˚С процесс вторичной кристаллизации заканчивается с образованием структуры Ф + П. Эта структура остается, в стали при охлаждении до комнатной температуры.
Правило фаз:
Правило фаз устанавливает зависимость между числом степеней свободы, числом компонентов и числом фаз и выражается уравнением
С = К – Ф – 2,
где С – число изменений свободы системы (вариантность),
К – число компонентов, образующих систему, 2 – число внешних факторов, Ф – число фаз, находящихся в равновесии. Под число степеней свободы понимают возможность изменения температуры и давления без изменения числа фаз, находящихся в равновесии.
При применении правила фаз к металлам можно принять изменяющимся только один фактор – температуру (так как давление за исключением очень высокого, мало влияет на число фаз сплавов в твёрдом и жидком состояниях). Тогда уравнение принимает следующий вид: С=К-Ф+1.
Применяя правило фаз, определим степень свободы для точек 1, 2, 3, 4.
1.С=2-2+1=1≠0
2.С=2-2+1=1≠0
3.С=2-2+1=1≠0
4.С=2-3+1=0